【MySQL进阶篇】三、锁、InnoDB引擎、Mysql管理

文章目录

参考资料1. 锁

1.1 概述1.2 全局锁

1.2.1 介绍1.2.2 演示1.2.3 特点 1.3 表级锁

1.3.1 介绍1.3.2 表锁1.3.3 元数据锁（ meta data lock， MDL）1.3.4 意向锁 1.4 行级锁

1.4.1 介绍1.4.2 行锁1.4.3 间隙锁/临键锁 2. InnoDB引擎

2.1 逻辑存储结构2.2 架构

2.2.1 内存架构2.2.2 磁盘结构2.2.3 后台线程 2.3 事务原理

2.3.1 事务2.3.2 特性2.3.3 redo log2.3.4 undo log 2.4 MVCC

2.4.1 基本概念2.4.2 实现原理 3. MySQL管理

3.1 系统数据库3.2 常用工具

3.2.1 mysql3.2.2 mysqladmin3.2.3 mysqlbinlog3.2.4 mysqlshow3.2.5 mysqldump3.2.6 mysqlimport/source 3.3 总结

参考资料

https://www.bilibili.com/video/BV1Kr4y1i7ru?p=121

1. 锁 1.1 概述

锁是计算机协调多个进程或线程并发访问某一资源的机制。在数据库中，除传统的计算资源（CPU、RAM、I/O）的争用以外，数据也是一种供许多用户共享的资源。如何保证数据并发访问的一致性、有效性是所有数据库必须解决的一个问题，锁冲突也是影响数据库并发访问性能的一个重要因素。从这个角度来说，锁对数据库而言显得尤其重要，也更加复杂。分类
MySQL中的锁，按照锁的粒度分，分为以下三类：

全局锁：锁定数据库中的所有表。表级锁：每次操作锁住整张表。行级锁：每次操作锁住对应的行数据。

1.2 全局锁 1.2.1 介绍

全局锁就是对整个数据库实例加锁，加锁后整个实例就处于只读状态，后续的DML的写语句，DDL语句，已经更新操作的事务提交语句都将被阻塞。其典型的使用场景是做全库的逻辑备份，对所有的表进行锁定，从而获取一致性视图，保证数据的完整性 1.2.2 演示

加锁

flush tables with read lock;

进行备份–不是mysql语句，是mysql相关的命令，需要退出mysql客户端，在终端执行。

mysqldump -uroot -p1234 itcast> itcast.sql

-uroot为用户名root，-p1234为密码1234，itcast为要备份的数据库，itcast.sql为备份文件名。

关锁

unlock tables;

1.2.3 特点

数据库中加全局锁，是一个比较重的操作，存在以下问题：

如果在主库上备份，那么在备份期间都不能执行更新，业务基本上就得停摆。如果在从库上备份，那么在备份期间从库不能执行主库同步过来的二进制日志（binlog），会导致主从延迟。

在InnoDB引擎中，我们可以在备份时加上参数 --single-transaction 参数来完成不加锁的一致性数据备份。

mysqldump --single-transaction -uroot-p123456 itcast> itcast.sql

1.3 表级锁 1.3.1 介绍

表级锁，每次操作锁住整张表。锁定粒度大，发生锁冲突的概率最高，并发度最低。应用在MyISAM、InnoDB、BDB等存储引擎中。对于表级锁，主要分为以下三类

表锁元数据锁（meta data lock，MDL）意向锁

1.3.2 表锁

对于表锁，分为两类：

表共享读锁（read lock）


表独占写锁（write lock）

语法：
3. 加锁：lock tables 表名... read/write。
4. 释放锁：unlock tables / 客户端断开连接

读锁不会阻塞其他客户端的读，但是会阻塞写。写锁既会阻塞其他客户端的读，又会阻塞其他客户端的写。

1.3.3 元数据锁（ meta data lock， MDL）

MDL加锁过程是系统自动控制，无需显式使用，在访问一张表的时候会自动加上。MDL锁主要作用是维护表元数据的数据一致性，在表
上有活动事务的时候，不可以对元数据进行写入操作。—为了避免DML与DDL冲突，保证读写的正确性。在MySQL5.5中引入了MDL，当对一张表进行增删改查的时候，加MDL读锁(共享)；当对表结构进行变更操作的时候，加MDL写锁(排他)

查看元数据锁

select object_type,object_schema,object_name,lock_type,lock_duration from performance_schema.metadata_locks;

1.3.4 意向锁

为了避免DML在执行时，加的行锁与表锁的冲突，在InnoDB中引入了意向锁，使得表锁不用检查每行数据是否加锁，使用意向锁来减少表锁的检查。

意向共享锁（IS）：由语句 select ... lock in share mode添加。意向排他锁（IX）：由insert、update、delete、select ... for update 添加

意向共享锁（IS）：与表锁共享锁（read）兼容，与表锁排它锁（write）互斥。意向排他锁（IX）：与表锁共享锁（read）及排它锁（write）都互斥。意向锁之间不会互斥

可以通过以下SQL，查看意向锁及行锁的加锁情况：

select object_schema,object_name,index_name,lock_type,lock_mode,lock_data from performance_schema.data_locks;

1.4 行级锁 1.4.1 介绍

行级锁，每次操作锁住对应的行数据。锁定粒度最小，发生锁冲突的概率最低，并发度最高。应用在InnoDB存储引擎中。InnoDB的数据是基于索引组织的，行锁是通过对索引上的索引项加锁来实现的，而不是对记录加的锁。对于行级锁，主要分为以下三类：

行锁（Record Lock）：锁定单个行记录的锁，防止其他事务对此行进行update和delete。在RC、RR隔离级别下都支持。间隙锁（Gap Lock）：锁定索引记录间隙（不含该记录），确保索引记录间隙不变，防止其他事务在这个间隙进行insert，产生幻读。在RR隔离级别下都支持。临键锁（Next-Key Lock）：行锁和间隙锁组合，同时锁住数据，并锁住数据前面的间隙Gap。在RR隔离级别下支持。

1.4.2 行锁

InnoDB实现了以下两种类型的行锁：

共享锁（S）：允许一个事务去读一行，阻止其他事务获得相同数据集的排它锁。排他锁（X）：允许获取排他锁的事务更新数据，阻止其他事务获得相同数据集的共享锁和排他锁。

默认情况下，InnoDB在 REPEATABLE READ事务隔离级别运行，InnoDB使用 next-key 锁进行搜索和索引扫描，以防止幻读。
3. 针对唯一索引进行检索时，对已存在的记录进行等值匹配时，将会自动优化为行锁。
4. InnoDB的行锁是针对于索引加的锁，不通过索引条件检索数据，那么InnoDB将对表中的所有记录加锁，此时 就会升级为表锁。

通过以下SQL，查看意向锁及行锁的加锁情况：

select object_schema,object_name,index_name,lock_type,lock_mode,lock_data from performance_schema.data_locks;

1.4.3 间隙锁/临键锁

默认情况下，InnoDB在 REPEATABLE READ事务隔离级别运行，InnoDB使用 next-key 锁进行搜索和索引扫描，以防止幻读。

索引上的等值查询(唯一索引)，给不存在的记录加锁时, 优化为间隙锁 。索引上的等值查询(普通索引)，向右遍历时最后一个值不满足查询需求时，next-key lock 退化为间隙锁。索引上的范围查询(唯一索引)–会访问到不满足条件的第一个值为止。

注意：间隙锁唯一目的是防止其他事务插入间隙。间隙锁可以共存，一个事务采用的间隙锁不会阻止另一个事务在同一间隙上采用间隙锁。

2. InnoDB引擎 2.1 逻辑存储结构

2.2 架构

MySQL5.5 版本开始，默认使用InnoDB存储引擎，它擅长事务处理，具有崩溃恢复特性，在日常开发中使用非常广泛。下面是InnoDB架构图，左侧为内存结构，右侧为磁盘结构。

2.2.1 内存架构

Buffer Pool：缓冲池是主内存中的一个区域，里面可以缓存磁盘上经常操作的真实数据，在执行增删改查操作时，先操作缓冲池中的数据（若缓冲池没有数据，则从磁盘加载并缓存），然后再以一定频率刷新到磁盘，从而减少磁盘IO，加快处理速度。

缓冲池以Page页为单位，底层采用链表数据结构管理Page。根据状态，将Page分为三种类型：
• free page：空闲page，未被使用。
• clean page：被使用page，数据没有被修改过。
• dirty page：脏页，被使用page，数据被修改过，也中数据与磁盘的数据产生了不一致。

Change Buffer：更改缓冲区（针对于非唯一二级索引页），在执行DML语句时，如果这些数据Page没有在Buffer Pool中，不会直接操作磁盘，而会将数据变更存在更改缓冲区 Change Buffer 中，在未来数据被读取时，再将数据合并恢复到Buffer Pool中，再将合并后的数据刷新到磁盘中。

Change Buffer的意义是什么?
与聚集索引不同，二级索引通常是非唯一的，并且以相对随机的顺序插入二级索引。同样，删除和更新可能会影响索引树中不相邻的二级索引页，如果每一次都操作磁盘，会造成大量的磁盘IO。有了ChangeBuffer之后，我们可以在缓冲池中进行合并处理，减少磁盘IO。

Adaptive Hash Index：自适应hash索引，用于优化对Buffer Pool数据的查询。InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询，如果观察到hash索引可以提升速度，则建立hash索引，称之为自适应hash索引。
自适应哈希索引，无需人工干预，是系统根据情况自动完成。
参数： adaptive_hash_index

Log Buffer：日志缓冲区，用来保存要写入到磁盘中的log日志数据（redo log 、undo log），默认大小为 16MB，日志缓冲区的日志会定期刷新到磁盘中。如果需要更新、插入或删除许多行的事务，增加日志缓冲区的大小可以节省磁盘 I/O

2.2.2 磁盘结构

2.2.3 后台线程

2.3 事务原理 2.3.1 事务

事务 是一组操作的集合，它是一个不可分割的工作单位，事务会把所有的操作作为一个整体一起向系统提交或撤销操作请求，即这些操作要么同时成功，要么同时失败。

2.3.2 特性

原子性（Atomicity）：事务是不可分割的最小操作单元，要么全部成功，要么全部失败。一致性（Consistency）：事务完成时，必须使所有的数据都保持一致状态。隔离性（Isolation）：数据库系统提供的隔离机制，保证事务在不受外部并发操作影响的独立环境下运行。持久性（Durability）：事务一旦提交或回滚，它对数据库中的数据的改变就是永久的。 2.3.3 redo log

2.3.4 undo log

2.4 MVCC 2.4.1 基本概念

当前读
读取的是记录的最新版本，读取时还要保证其他并发事务不能修改当前记录，会对读取的记录进行加锁。对于我们日常的操作，如：
select ... lock in share mode(共享锁)，select ... for update、update、insert、delete(排他锁)都是一种当前读。

快照读
简单的select（不加锁）就是快照读，快照读，读取的是记录数据的可见版本，有可能是历史数据，不加锁，是非阻塞读。

Read Committed：每次select，都生成一个快照读。Repeatable Read：开启事务后第一个select语句才是快照读的地方。Serializable：快照读会退化为当前读。

MVCC
全称 Multi-Version Concurrency Control，多版本并发控制。指维护一个数据的多个版本，使得读写操作没有冲突，快照读为MySQL实现MVCC提供了一个非阻塞读功能。MVCC的具体实现，还需要依赖于数据库记录中的三个隐式字段、undo log日志、readView。

2.4.2 实现原理

记录中的隐藏字段

undo log
回滚日志，在insert、update、delete的时候产生的便于数据回滚的日志。
当insert的时候，产生的undo log日志只在回滚时需要，在事务提交后，可被立即删除。
而update、delete的时候，产生的undo log日志不仅在回滚时需要，在快照读时也需要，不会立即被删除。

不同事务或相同事务对同一条记录进行修改，会导致该记录的undolog生成一条记录版本链表，链表的头部是最新的旧记录，链表尾部是最
早的旧记录。

readview

ReadView (读视图)是快照读SQL执行时MVCC提取数据的依据,记录并维护系统当前活跃的事务(未提交的)id。

包含4个核心字段

访问规则

不同的隔离级别，生成ReadView的时机不同：
➢ READ COMMITTED ：在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。
➢ REPEATABLE READ：仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView，后续复用该ReadView。

RC(Read Committed)隔离级别下，在事务中每一次执行快照读时生成ReadView。

RR(Repeatable Read)隔离级别下，仅在事务中第一次执行快照读时生成ReadView，后续复用该ReadView。

3. MySQL管理 3.1 系统数据库

Mysql数据库安装完成后，自带了一下四个数据库，具体作用如下：

3.2 常用工具 3.2.1 mysql

该mysql不是指mysql服务，而是指mysql的客户端工具。

-e选项可以在Mysql客户端执行SQL语句，而不用连接到MySQL数据库再执行，对于一些批处理脚本，这种方式尤其方便。
示例:

mysgl-uroot-p123456 db01-e 'select" from stu";

3.2.2 mysqladmin

mysqladmin 是一个执行管理操作的客户端程序。可以用它来检查服务器的配置和当前状态、创建并删除数据库等。

3.2.3 mysqlbinlog

由于服务器生成的二进制日志文件以二进制格式保存，所以如果想要检查这些文本的文本格式，就会使用到mysqlbinlog 日志管理工具。

3.2.4 mysqlshow

mysqlshow 客户端对象查找工具，用来很快地查找存在哪些数据库、数据库中的表、表中的列或者索引。

3.2.5 mysqldump

mysqldump 客户端工具用来备份数据库或在不同数据库之间进行数据迁移。备份内容包含创建表，及插入表的SQL语句。

3.2.6 mysqlimport/source

mysqlimport 是客户端数据导入工具，用来导入mysqldump 加 -T 参数后导出的文本文件。

如果需要导入sql文件,可以使用mysql中的source 指令 :

3.3 总结